Die Grünalge Chlamydomonas reinhardtii – künftig eine Biofabrik für kostengünstige Medikamente? Bildquelle: Beth Rasala, UCSD
Forscher aus San Diego wollen Grünalgen zu Bioproduktionsanlagen für teure Medikamente umbauen, die deren Kosten auf ein Tausendstel senken sollen.
Grünalgen gehören zu den robusten Arten dieser Welt: Sie vermehren sich rasch und sind nur schwer totzukriegen. Als Laborpflanze kosten sie darüberhinaus nicht viel. Eigenschaften, die sie zu einer idealen Bioproduktionsanlage machen. Verschiedene Firmen arbeiten bereits daran, mit Hilfe von Grünalgen Biokraftstoffe zu produzieren. Nun entdeckt auch die Pharmaforschung das Potenzial der Winzlinge: Mit deren Hilfe könnten demnächst diverse Medikamente zu einem Tausendstel der heutigen Kosten hergestellt werden.
Bereits jetzt bauen Bakterien, Hefen und aus Säugetieren isolierte Zellen eiweißhaltige medizinische Wirkstoffe zusammen. Nährstoffe, Energiezufuhr und Sterilisierung der Behälter machen diese Mikrobenkulturen aber mitunter zu einer kostspieligen Sache. Stephen Mayfield, Direktor des San Diego Center for Algae Biotechnology, setzt deshalb auf die genügsameren Grünalgen. Sie benötigen nur Kohlendioxid aus der Luft und Sonnenlicht, um zu gedeihen.
In einem Aufsatz, der jetzt in der Fachzeitschrift Plant Biotechnology Journal erschienen ist, haben er und seine Kollegen analysiert, ob sich die Algenart Chlamydomonas reinhardtii für die biologische Medikamentenherstellung eignet. Sie fügten in das Genom der Pflanze Gene für sieben therapeutische Eiweiße ein, die bereits mit Hilfe von Einzellern produziert werden. Darunter sind das Interferon gegen Multiple Sklerose und das Proinsulin gegen Diabetes. Ergebnis: Die Grünalgen konnten vier der sieben Proteine in einer auch kommerziell verwertbaren Menge herstellen. Zudem unterschieden sich die Stoffe nicht von denen, die herkömmliche Zellkulturen bilden, und waren ebenso leicht herauszutrennen und zu konzentrieren.
Vor allem komplizierte Eiweiße, die in Kulturen aus Säugetierzellen gewonnen werden, sind teuer: So kostet beispielsweise ein Gramm Tysaberi, ein Mittel gegen Multiple Sklerose, über 150 Dollar (dies ist allerdings ein Schätzwert, da Pharmaunternehmen kaum Zahlen veröffentlichen). Mit Grünalgen seien fünf Cent pro Gramm machbar, versichert Mayfield. „Das liegt daran, dass es Pflanzen sind, die minimale Anforderungen haben, solange ausreichend Kohlendioxid und Sonnenlicht vorhanden ist.“
Außerdem seien Algen-Bioreaktoren billiger zu bauen, fügt Mayfield hinzu. Die Kosten für Zellkulturen seien hingegen das größte Hindernis für Start-ups auf dem Weg zu einer erfolgreichen biologischen Medikamentenherstellung. „Klinische Studien sind natürlich auch teuer, aber um dahin zu kommen, müssen Sie erst mal 600 Millionen Dollar in eine Produktionsanlage investieren“, weiß Mayfield.
Im Unterschied zu den weniger ausdifferenzierten Bakterien sind Algen besonders gut im Falten komplexer Proteine. Besser sogar als einige Säugetierzellarten, bei denen eine Nachbearbeitung nötig ist, damit die Proteine die gewünschte Form bekommen. „Mit Algen eröffnet sich eine ganz neue Palette von Medikamenten“, stimmt George Oyler, Biochemiker und Algenspezialist an der Universität von Nebraska in Lincoln, zu.
Bereits zuvor hatte Mayfield zeigen können, dass Algen auch so genannte monoklonale Antikörper produzieren können. Das sind komplexe Proteine, die normalerweise in Zellen von Säugetieren entstehen und inzwischen in einigen sehr teuren, aber effektiven Krebstherapien eingesetzt werden. „Derzeit gibt es schätzungsweise 80 bis 100 solcher Antikörper, die sich in klinischen Studien befinden oder bereits auf dem Markt sind“, sagt Oyler. „Die Günstigsten kosten aber pro Behandlungzyklus um die 10.000 Dollar.“ In einem Zyklus werde schätzungsweise ein Gramm verbraucht, so Oyler. Da könnten von Algen produzierte Antikörper wie gerufen kommen.
„Wie jedes biologische System haben auch Algen Nachteile“, wendet Michael Betenbaugh, Biochemiker an der Johns-Hopkins-Universität, ein. Eine Produktion mittels Algen sei für komplexe Eiweiße zwar billiger als mittels Säugetierzellen. Algen bilden die Proteine jedoch, ohne ihnen Zuckermoleküle anzuhängen. Dieser „Glykosylierung“ genannte Prozess kommt in Säugetier-Zellen hingegen häufig vor: Die Zuckeranhängsel sind wichtig für den menschlichen Körper, um die Eiweiße verarbeiten zu können. Stephen Mayfield betont aber, dass die von ihm anvisierten Algen-Proteine auch ohne Glykosylierung funktionieren würden. Mit weiteren genetischen Tricks sollte es zudem möglich sein, diesen Prozess in Algen zu erreichen. In Hefezellen ist die Glykosylierung bereits gelungen.
Mayfield räumt aber auch ein, dass es den Aufwand nicht lohne, bewährte biologische Systeme ersetzen zu wollen. In der Insulin-Herstellung etwa könnten Algen die heute verwendeten Einzeller nicht unterbieten. Er setzt deshalb auf komplexere Wirkstoffe aus Algen-Produktion, die er noch in diesem Jahr erstmals an Versuchstieren testen will. Forscher in China und Indien hätten jedenfalls schon großes Interesse an seiner Arbeit bekundet. Kein Wunder: Für sie könnten die Grünalgen eine wichtige Technologie werden, die teure westliche Medikamente endlich auch dort erschwinglich macht.
Das Paper: Rasala, Beth et al., „Production of therapeutic proteins in algae, analysis of expression of seven human proteins in the chloroplast of Chlamydomonas reinhardtii“, Plant Biotechnology Journal, Online-Veröffentlichung vom 7.3.2010 (nur Abstract)
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